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シリーズ連載『進化するカルダノ・ベーシック』[#6]ブロックチェーン合意形成メカニズムとカルダノのPoSとは?(その1)分散性を維持する合意形成メカニズムとそのバリエーション:ニュース動向 & ステーキング状況 in エポック410

シリーズ連載『進化するカルダノ・ベーシック』[#6]ブロックチェーン合意形成メカニズムとカルダノのPoSとは?(その1)分散性を維持する合意形成メカニズムとそのバリエーション

シリーズ連載『進化するカルダノ・ベーシック』は、カルダノについて初心者や、既に知っているが日々進化し続けるカルダノの現在進行形について知りたい方向けに、様々な視点と角度から、カルダノの基礎知識とその未来について、最新アップデート情報を交えてお伝えする企画(不定期)です。

前回は、第5回目の記事として『シリーズ連載『進化するカルダノ・ベーシック』【#5】Ouroborosとは?』について3回に分けてお届けしました。

そして第6回目となる今回はブロックチェーンの持つ重要な特性である「分散性」を維持する上で極めて重要な『合意形成メカニズム』ついて、そしてカルダノの合意形成メカニズムである『プルーフ・オブ・ステーク』とは何か?実際にどのような働きをし、どのような特性とメリットとがあるのかについて、2回に分けて考察していきます。

まず(その1)では一般的な『合意形成メカニズム』とは何か?について見ていきましょう。

ブロックチエーンの合意形成メカニズムとは?

ブロックチェーンの合意形成メカニズム(Consensus Mechanism)は、ブロックチェーンネットワーク上のすべてのノードが、新たに追加されるブロックやトランザクションの正当性について合意を形成するための方法やルールのことを指します。

この合意形成メカニズムは、ブロックチェーンの持つ重要な特性である「分散性」を維持する上で極めて重要です。ブロックチェーンは、中央に権威が存在しないため、ネットワーク上のすべての参加者が一致して同じ情報を認識し、更新する必要があります。そのためには、全員が同じルールに基づいて行動し、新たな情報が正確であることに一致した合意を形成する必要があります。

もう少しわかりやすくいうと、ブロックチェーンの合意形成メカニズムとは、ブロックチェーンネットワーク上の全員が、新たな取引情報(トランザクション)が正しいと認めるためのルールや方法のことです。

ブロックチェーンは、一言で言うと「分散型の台帳」のようなもので、ネットワーク上のすべての参加者(ノード)が同じ取引の記録を持っています。新しい取引があったとき、それが本当に正しいものなのかを確認するために、各ノードが合意を形成する必要があります。この合意を形成するためのルールが「合意形成メカニズム」です。

例えば、友人の間で出費の記録を共有するためのノートがあったとします。誰かがノートに新たな出費を書き加えるとき、その出費が本当に正しいものかを確認するために、全員でその記録を確認し、認めるというプロセスが必要になります。これが合意形成の一例です。

ブロックチェーンでも同様のことが行われますが、そのルールは様々な形があります。その一つが「Proof of Work(PoW)」で、これは複雑な計算問題を解くことで新しい取引の正当性を証明する方法で、ビットコインなどが採用しています。他にも、「Proof of Stake(PoS)」や「Delegated Proof of Stake(DPoS)」など、持っている通貨の量や信用によって新しい取引の正当性を証明する方法もあります。

これらのルールはそれぞれ特性が異なり、それぞれのブロックチェーンの目的や特性により選ばれます。

合意形成メカニズムの7つの種類と一般的な見方

ではブロックチェーンの合意形成メカニズムにはどのようなものがあるでしょうか?実際に下記に代表的な7種類の合意形成メカニズムをピックアップして、ぞれぞれ一般的な見方をご紹介します。

  • Proof of Work(PoW、プルーフ・オブ・ワーク)
  • Proof of Stake(PoS、プルーフ・オブ・ステーク)
  • Delegated Proof of Stake(DPoS、デリゲーテッド・プルーフ・オブ・ステーク)
  • Proof of Authority(PoA、プルーフ・オブ・オーソリティ)
  • Proof of Capacity(PoC、プルーフ・オブ・キャパシティ)
  • Proof of Elapsed Time(PoET、プルーフ・オブ・エラプスト・タイム)
  • Proof of useful work(PoUW、プルーフ・オブ・ユースフル・ワーク)

以下に要求に基づいた各合意形成メカニズムの特徴、メリット、デメリットを比較した表を提供します。

合意形成メカニズム特徴メリットデメリット
Proof of Work (PoW)ブロックを生成するためには複雑な計算問題を解く必要がある。分散型で、攻撃に強い。高い電力消費。ハッシュパワーが集中すると中央集権化の可能性がある。
Proof of Stake (PoS)ブロック生成者は保有コインの量や長期保有時間によって選ばれる。電力消費が少ない。既存の富裕層による中央集権化の可能性がある。
Delegated Proof of Stake (DPoS)コイン保有者が代表者(デリゲート)を投票で選び、そのデリゲートがブロックを生成する。高速なトランザクション、低いエネルギー消費。投票活動が低いと一部のデリゲートによる中央集権化のリスク。
Proof of Authority (PoA)信頼できるノードがブロック生成者となる。高速で、スケーラビリティに優れている。ノード選定における中央集権化のリスク。
Proof of Capacity (PoC)ブロック生成者はディスクの空き容量によって選ばれる。電力消費が少ない。大量のストレージを必要とする。
Proof of Elapsed Time (PoET)ブロック生成者はランダムな待機時間経過後に選ばれる。エネルギー効率が良く、公平。特殊なハードウェア(SGXなど)が必要。
Proof of Useful Work (PoUW)ブロック生成の過程で有用な計算(科学研究など)を行う。計算リソースの無駄が少ない。計算タスクの検証が困難で、必要な計算パワーが高い。

各合意形成メカニズムにはそれぞれ特有の利点と欠点があり、ブロックチェーンの性能、セキュリティ、スケーラビリティが大きく影響を受けます。そのため、ブロックチェーンの設計者はネットワークの目的や必要性に基づいて最適なメカニズムを選択する必要があります。

Proof of Work (PoW、プルーフ・オブ・ワーク)

PoWは、最初のブロックチェーンの合意形成メカニズムであり、Bitcoinなどが採用しています。PoWは、ネットワーク上の参加者(マイナー)が複雑な数学的問題を解決することで新しいブロックを生成する方式です。その解答をネットワークに提出し、他のマイナーがその解答を検証します。

PoWのメリット:改ざんが困難であることです。マイナーは経済的な報酬を得るために正しい計算を行い、ブロックチェーンの信頼性を高めます。

PoWのディメリット:電力消費が大きいことや、承認に時間がかかることです。また、51%攻撃と呼ばれる悪意のあるマイナーによる取引承認の独占のリスクもあります。

Proof of Stake (PoS、プルーフ・オブ・ステーク)

PoSは、マイナーの代わりにバリデータ(検証者)がブロックを生成し、新たなトランザクションを検証します。その権利は、そのネットワークの通貨をどれだけ所有しているか、または「賭けている」かに基づいています。賭けた量が多いほど、新しいブロックを生成する機会が増えます。Cardanoは2017年からPoSを採用した代表的なブロックチェーンです。また、Ethereumは、PoWからPoSへの移行を2022年9月に完了させました。

PoSのメリット:電力消費が少ないことや、51%攻撃が困難であることです。マイナーは自分の持っているコインを賭けて計算を行うため、不正な取引承認をすると自分のコインが減るリスクがあります。

PoSのディメリット:貧富の格差が広がることや、流動性が低下することです。コインの保有量や保有期間がマイニングの成功率に影響するため、コインを溜め込む人が多くなります。

Delegated Proof of Stake (DPoS、デリゲーテッド・プルーフ・オブ・ステーク)

DPoSは、PoSの一種であり、権利者が代理人(デリゲート)を選出し、そのデリゲートがブロック生成やトランザクションの検証を行います。これにより、より効率的な合意形成が可能になります。EOSやBitSharesがこのメカニズムを採用しています。

DPoSのメリット:処理速度が速いことや、電力消費が少ないことです。コインの保有者は自分の持っているコインに応じた投票権でブロック生成者を選ぶため、ブロック生成者は競争的に効率的な計算を行います。

DPoSのディメリットは:中央集権化することや、不正な投票が発生することです。ブロック生成者は少数の人に限られるため、その人たちに権力が集中します。また、ブロック生成者は投票した人に報酬を還元する仕組みになっているため、賄賂や脅迫などの不正な投票が発生する可能性があります。

Proof of Authority (PoA、プルーフ・オブ・オーソリティ)

PoAは、信頼された権威者がブロックを生成・検証する方式です。これにより、トランザクションの検証が高速に行われますが、中央集権的な要素があるという批判もあります。Ethereumの一部のサイドチェーン(例えばPOA Network)がこのメカニズムを採用しています。

PoAのメリット:処理速度が速いことや、ネットワークの安定性が高いことです。ブロック生成者は信頼できる人に限られるため、計算能力やコインの保有量に関係なくブロックを生成できます。

PoAのディメリット:中央集権化することや、ブロック生成者の選定が難しいことです。ブロック生成者は少数の人に限られるため、その人たちに権力が集中します。また、ブロック生成者は信頼できる人である必要があるため、その選定基準や方法が明確でないと問題が発生する可能性があります。

Proof of Capacity (PoC、プルーフ・オブ・キャパシティ)

PoCは、参加者のディスクスペースを基にした合意形成メカニズムです。各参加者は、自身のストレージ空間に「プロット」と呼ばれるソリューションを保存し、新たなブロックが必要となったときに、そのプロットを提供することでブロック生成の権利を得ます。つまり、多くのディスクスペースを持つ者が新たなブロックを生成する機会を多く得られます。この方式を採用している主なブロックチェーンにはChia、Signum(旧Burstcoin)、SpaceMint、Storjがあります。

PoCのメリット:ブロックマイニングは、ブロック生産者の選挙が利用可能なディスクスペースに依存するため、高いエネルギー消費は必要ありません。標準的なハードディスクであれば、PoCと互換性があります。ハードウェアがマイニングにのみ使用されるPoWメカニズムとは異なり、マイニングデータを削除した後、ドライブは他のデータストレージとして使用することができます。ノードはハードディスクのアップグレードや特殊なハードウェアを必要とせず、ディスクスペースだけが必要です。

PoCのデメリット:PoCモデルの人気が高まれば、このメカニズムにより、マイナーがブロックを検証する可能性を高めるために、より大容量のストレージへの需要が高まる可能性があります。

Proof of Elapsed Time (PoET、プルーフ・オブ・エラプスト・タイム)

PoETは、各ノードにランダムに待ち時間を割り当て、最初に待ち時間が終了したノードが新しいブロックを生成する権利を得るという方式です。これにより、全ての参加者が公平にブロック生成の機会を得られます。このメカニズムは、主にインテルが提供するSawtoothというブロックチェーンフレームワークで使用されています。

PoETのメリット:計算量が少なく、電力消費が低いため、Proof of Work(PoW、プルーフ・オブ・ワーク)などと比較して、PoETはハードウェアや電力のコストが抑えられます。また、すべてのノードは平等に扱われます。PoETでは、待機時間がランダムに決まるため、ノードの数や資源に関係なく、ブロック生成の機会が与えられます。

PoETのデメリット:許可型ブロックチェーンでしか使えません。PoETはインテルの特殊なチップ(SGX)が必要なため、ネットワークに参加するノードは認証される必要があります。しかし、分散化やオープン性が損なわれる可能性があります。また、PoETはSGXに依存しているため、セキュリティ上のリスクがあります。SGXはインテルが開発した技術で、その仕組みや安全性は公開されていません。過去にはSGXに脆弱性が見つかったこともあります。以上から、PoETはSGXに対する攻撃や不正操作に対して脆弱です。

Proof of useful work(PoUW、プルーフ・オブ・ユースフル・ワーク)

ブロックチェーンの合意形成メカニズムであるProof of Useful Work(PoUW、プルーフ・オブ・ユースフル・ワーク)は、Proof of Work(PoW、プルーフ・オブ・ワーク)の改良版で、ノードがランダムな計算ではなく、実世界の問題を解くことで、ブロック生成の権利を得るというものです。このメカニズムは、マシンラーニングやAIのアルゴリズムの学習、アニメーションや映像のレンダリング、フォールディング(タンパク質の折り畳み)など、社会的に有用な計算を行うことができます。ただし、このメカニズムはまだ実験的な段階にあり、大規模なブロックチェーンで採用されている例は少ないです。

PoUWのメリット:計算資源を無駄にしません。PoWでは、ランダムな計算を行うことで大量の電力を消費し、環境に悪影響を及ぼします。しかし、PoUWでは、計算資源を有効活用することで、社会的に価値のある成果を生み出すことができます。これにより、ブロックチェーンに付加価値を与えることができます。PoUWでは、ブロックチェーンに保存されたデータが、計算に必要な入力や出力として利用されることがあります。これにより、ブロックチェーンは単なる取引記録ではなく、知識や情報の貯蔵庫として機能することができます。

PoUWのデメリット:計算問題の選択や検証が困難です。PoUWでは、計算問題はネットワークに参加するノードや外部の依頼者から提供されることが想定されますが、どのようにして計算問題を選択し、その正当性や難易度を判断するかは明確ではありません。また、計算結果の検証も容易ではなく、不正や誤りに対する対策が必要です。実用化にはまだ時間がかかるため、PoUWはまだ理論的な提案であり、実際に採用されているブロックチェーンはほとんどありません。PoUWを実現するには、技術的な課題や社会的な調整が必要です。例えば、計算問題の提供者や利用者から報酬を得る仕組みやインセンティブ設計が必要です。

特定のブロックチェーンプロジェクトではこれらのメカニズムを変更したり、組み合わせたりすることで特定の目標や要件を満たすようにカスタマイズされることがあります。以下にその例を見ていきましょう。

参考記事

主要ブロックチェーン・システムそれぞれの合意形成メカニズム

先ほどは分散性を維持するために様々な一般的な合意形成の方法があることと、そのメリットとディメリットについてご紹介しました。

様々なブロックチェーンはこのような形態の合意形成メカニズムを採用しつつ、それぞれがさらに改良と工夫を加え独自の特徴と機能を備えています。

では、実際にそれぞれのブロックチェーンにはどのような合意形成メカニズムが使用されているのでしょうか?主要なブロックチェーンを例に挙げて、基本的な部分を一つ一つ見ていきます。

ここではビットコインシステム、スマートコントラクト・プラットフォームのパーミッションレスなパブリック・ブロックチェーン・システム(レイヤー1)を中心にピックアップして、その特徴とメリットを見ていきましょう。

ビットコイン:Bitcoinシステム
イーサリアム:Ethereumシステム(Ethereum 2.0)
BNB:Binanceシステム
カルダノ:Cardanoシステム
ソラナ:Solanaシステム
ポルカドット:Polkadotシステム
アバランチ:Avalancheシステム
コスモス:Cosmosシステム
インターネット・コンピューター:Internet Computerシステム
ヒデラ:Hederaシステム
アルゴランド:Algorandシステム

なお、下記は一般的な特徴を述べていますので、詳細は各公式サイトや記事をご覧ください。

まず下記は各ブロックチェーンの合意形成メカニズムと特徴および機能を表にまとめたものです。

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以下に各ブロックチェーンの合意形成メカニズムと主な特徴・機能を表にまとめました:

ブロックチェーン合意形成メカニズム主な特徴・機能
BitcoinProof of Work (PoW)高いセキュリティ、マイニングによる新規ビットコイン生成、エネルギー消費量が大きい
Ethereum (Ethereum 2.0)Proof of Stake (PoS)エネルギー消費量が低い、シャーディングによるスケーラビリティの向上、ステーキングによる新規ETH生成
Binance Chain & Binance Smart ChainDelegated Proof of Stake (DPoS)スケーラビリティと速度が高い、ノードの選出にデモクラシー要素、クロスチェーン互換性
CardanoOuroboros PoSセキュリティとスケーラビリティが高い、リサーチファーストのアプローチ、ステーキングによる新規ADA生成
SolanaProof of History (PoH)高速でスケーラブル、時間の確認にPoHを使用、低コストでのトランザクション
PolkadotNominated Proof of Stake (NPoS)高いスケーラビリティ、クロスチェーン互換性、パラチェーンというユニークな構造
AvalancheAvalanche consensus高速でスケーラブル、低レイテンシ、高いセキュリティ
CosmosTendermint BFT高いスケーラビリティ、クロスチェーン互換性、フォークレスなBFTメカニズム
Internet ComputerThreshold Relay高速な合意形成、スケーラビリティ、分散型ランダム性
Hedera HashgraphHashgraphゴシッププロトコル、高速でセキュア、非同期バイザンチンフォールトトレランス
AlgorandPure Proof of Stake (PPoS)公平なブロック生成、インスタントファイナリティ、高いセキュリティとスケーラビリティ

以上が各ブロックチェーンの合意形成メカニズムと主な特徴・機能です。それぞれのシステムは、特定のニーズや目的を満たすように設計されており、その違いがブロックチェーンの多様性と革新性を支えています。

次にそれぞれのチェーンの詳しい特徴をまとめましたのでご参考ください。様々なバリエーションがありクリプトファンにはとても興味深いものでしょう。

ビットコイン:Bitcoinシステム

ビットコインシステムは、Proof of Work(PoW、プルーフ・オブ・ワーク)と呼ばれる合意形成メカニズムを採用しています。

Proof of Workの主な特徴は、計算問題の解を見つける「作業」を行い、その解を提出することで新しいブロックを生成し、ブロックチェーンに追加する権利を得るという点です。この計算問題を解く作業を「マイニング」(採掘)と呼びます。

各マイナー(マイニングを行うノード)は、自身のコンピュータの計算能力を使ってこの問題を解きます。誰が正解を最初に見つけるかはランダムで、一般的にはより高い計算能力を持つマイナーが正解を見つける確率が高くなります。正解を見つけたマイナーは、新しいブロックを生成し、そのブロックに含まれるトランザクションをブロックチェーンに追加する権利を得ます。その報酬として、ビットコインが与えられます。

分散型で安全なネットワークを実現する。PoWでは、ノードが計算力を競い合うことで、ブロックチェーンに不正な操作を加えることを困難にします。また、ブロックチェーンに参加するノードは誰でも自由に選べるため、中央集権的な管理者が不要です。

しかし、このPoWメカニズムは大量の電力を必要とするため、エネルギー消費が大きいという問題があります。また、計算能力を持つマイナーが多いため、ブロック生成の権利を得られる確率が上がり、結果的にマイニングに関与するノードが集中する可能性があるという問題も指摘されています。

それにもかかわらず、ビットコインのPoWはブロックチェーンの安全性を確保する重要な役割を果たしています。なぜなら、不正なトランザクションを含むブロックを生成しようとすると、大量の計算リソースを必要とし、それは経済的に非効率的であるからです。このため、ビットコインネットワークは安全に運用されています。

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イーサリアム:Ethereumシステム(Ethereum 2.0)

イーサリアム(Ethereum)は、2021年9月時点ではProof of Work(PoW、プルーフ・オブ・ワーク)を採用していましたが、プルーフ・オブ・ステークの優位性を認識し、2022年9月15日に行われたMerge(マージ)ハードフォークにより、プルーフ・オブ・ステークを導入しています。 これにより、公式にプルーフ・オブ・ワークは廃止されました。この移行により、エネルギー消費量が最大99.95%削減されています。この移行プロジェクトは”Eth2″または”Ethereum 2.0″と呼ばれています。

具体的には、イーサリアム2.0では、32ETHをステーク(賭け)してネットワークにコミットすることで、任意のユーザーがバリデータになることができます。バリデータは、新しいブロックを提案したり、他のバリデータが提案したブロックを確認(アテスト)したりする役割を持ちます。

また、PoSでは、「スラッシング」という罰則が存在します。これは、不正行為を行ったバリデータに対して、そのバリデータがステークした通貨を没収するというものです。これにより、ネットワークの安全性を保つことができます。

PoSはProof of Work(PoW)に比べてエネルギー効率が良いとされ、大量の電力を消費するマイニングが不要なため、環境負荷の軽減にも寄与します。また、イーサリアム2.0では、シャーディングという技術も導入される予定で、これによりネットワークのスケーラビリティ(拡張性)が向上し、大量のトランザクションをより迅速に処理することが可能になる見込みです。

Ethereum

BNB:Binanceシステム

BNBトークンは、Binance ChainとBinance Smart Chainという二つのブロックチェーンシステムで使用されています。それぞれのブロックチェーンは異なる合意形成メカニズムを採用しています。

  1. Binance Chain:Binance Chainは、Tendermint BFTというバージョンのByzantine Fault Tolerance(BFT)という合意形成メカニズムを採用しています。BFTは、ネットワーク内のノード間で分散合意を形成するためのアルゴリズムで、特定のノードが故障しても(または悪意を持って操作を試みても)システム全体の動作に影響を与えないように設計されています。
  2. Binance Smart Chain (BSC):一方、Binance Smart ChainはProof of Staked Authority (PoSA)という合意形成メカニズムを採用しています。これはProof of Stake(PoS)とProof of Authority(PoA)のハイブリッドモデルで、一部の権威あるノード(バリデーター)が新しいブロックを生成し、それをネットワークに提案します。バリデーターは、BNBトークンを「ステーク」または「賭け」することで選出されます。つまり、多くのBNBを保有しているユーザーは、ネットワークのガバナンスにより大きな影響力を持つことができます。

これらの合意形成メカニズムにより、Binance ChainとBinance Smart Chainは、セキュリティを維持しつつ、効率的でスケーラブルなブロックチェーンネットワークを提供しています。

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カルダノ:Cardanoシステム

カルダノ(Cardano)は、Ouroborosという独自のProof of Stake(PoS、プルーフ・オブ・ステーク)アルゴリズムを採用したブロックチェーンプラットフォームです。Ouroborosは、学術的な研究やピアレビュー研究に基づく最初のブロックチェーン・プロトコルです。カルダノはこの分野で先発者であり、これは、ブロック生成者を選ぶ過程に確率論的な要素を導入して、ネットワークの公平性を保ちつつ、エネルギー効率とスケーラビリティを向上させることを実現しています。

Ouroborosは、通常のPoSと同様に、ブロック生成者(または「スロットリーダー」)を選出するために、そのネットワークの通貨(この場合、ADAトークン)をどれだけ「保有」(または「賭け」)しているかに基づいています。Ouroborosでは下記のような独自の特徴があります。

  1. エポックとスロット: Ouroborosは時間を一連の「エポック」に分割し、さらに各エポックを一連の「スロット」に分割します。各スロットには、それぞれ一人のスロットリーダーが割り当てられ、そのスロットリーダーが新しいブロックを生成する権利を持ちます。
  2. スロットリーダーの選出: スロットリーダーは、各エポックの始まりにランダムに選出されます。選出は、ADAトークンをステークしている量に比例する確率で行われ、より多くのトークンをステークしているユーザーほどスロットリーダーに選ばれる確率が高くなります。
  3. 代理ステーキング: カルダノでは、自分でスロットリーダーになる能力や意志がないユーザーでも、他のユーザーに自分のステークを委託することができます。これにより、ネットワークの分散性を保ちつつ、すべてのユーザーが合意形成プロセスに参加する機会を持つことができます。

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ソラナ:Solanaシステム

Solanaは、Proof of History(PoH)とProof of Stake(PoS)のハイブリッドな合意形成メカニズムを採用しています。

  1. Proof of History (PoH): PoHは、ソラナが独自に開発したタイムスタンピング機能で、各トランザクションやイベントがいつ発生したかを確認できるようにするものです。PoHは、各トランザクションに一意のタイムスタンプを追加し、それをブロックチェーン上の他のトランザクションと一緒にハッシュ化することで、イベントの順序と時間を確定します。これにより、ネットワーク全体が同期を取る必要性を減らすことができ、大規模なトランザクション処理と高いスループットを実現します。
  2. Proof of Stake (PoS): 一方、PoSはブロックの検証と合意形成のプロセスに使用されます。PoSは、そのネットワークの通貨(この場合、SOLトークン)をどれだけ「保有」(または「賭け」)しているかに基づいて、バリデーター(ブロックの生成者)を選出します。トークンを多く保有し、ネットワークに投資している人ほど、新しいブロックを生成する権利を得やすくなります。

Solanaのこのハイブリッドなアプローチにより、ネットワークは、高度なセキュリティと同時に、非常に高速(現時点で約65,000トランザクション/秒)でスケーラブルなトランザクション処理を実現しています。

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ポルカドット:Polkadotシステム

ポルカドットシステムは、Nominated Proof-of-Stake(NPoS)と呼ばれる、合意形成メカニズムを採用しています。NPoSは、ネットワークの安全性と効率性を高めるために、バリデーターとノミネーターという2種類の役割を持つステーキング者が協力する仕組みです。NPoSは、PoSと比べて、より公平かつユーザー主権的な分散型ウェブ(Web3.0)の構築を目指しています。

Nominated Proof of Stakeは、基本的にはProof of Stake (PoS)と同じで、通貨の所有者がその通貨を「ステーク」または「賭け」することによってネットワークのバリデーター(ブロックの生成者)を選出します。しかし、NPoSではさらに「ノミネーター」という役割が導入されています。

  1. バリデーター: バリデーターは、新しいブロックを生成し、ネットワークのトランザクションを検証します。バリデーターは、ステークしたDOT(Polkadotの通貨)の量に基づいて選ばれます。
  2. ノミネーター: ノミネーターは、信頼できるバリデーターを選び、彼らに自分のDOTを委託します。ノミネーターは、委託したDOTの量に応じて報酬を得ます。ノミネーターは、信頼性の高いバリデーターを選び出すことで、ネットワークの安全性を保つ役割を果たします。
  3. フィッシャーマン: Polkadotではさらに、バリデーターやノミネーターの行動を監視し、不正行為を報告する「フィッシャーマン」という役割も存在します。

このように、PolkadotのNPoSでは、ネットワークのセキュリティと分散性を高めつつ、ユーザーが合意形成プロセスに参加するインセンティブを提供しています。また、Polkadotは複数のブロックチェーンを相互に接続することで、スケーラビリティと相互運用性を実現する「ネットワークのネットワーク」として設計されています。

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アバランチ:Avalancheシステム

Avalancheシステムは、 Proof of Stake(PoS、プルーフ・オブ・ステーク)を基盤としつつ、新たなアプローチを取り入れています。SnowmanとAvalanche Consensusと呼ばれるDAGという2種類の独自の合意形成メカニズムを採用しています。DAGは、非線形なブロックチェーンを構築するためのメカニズムで、高いスケーラビリティと低レイテンシを提供します。

Avalancheは、3つのブロックチェーンとプライマリーネットワークで成り立っており、X-Chain、P-Chain、C-Chainでそれぞれ異なる合意形成プロトコルが採用されています。Avalanche Consensus ProtocolではDAGを使ってトランザクションを扱い、Snowman Protocolではトランザクションに順序づけをして線形に扱います。バリデータはステークしたAVAXの量に応じて合意形成に呼ばれる確率が高くなり、正しく仕事をした場合に報酬を得ます。

Avalanche Consensusは、ランダムに選ばれたネットワーク参加者のサブセット(サブネット)に対して投票を行い、その結果に基づいて新しいブロックの検証と承認を行うという方式を採用しています。これは、従来のPoSやProof of Work(PoW、プルーフ・オブ・ワーク)のように、全てのネットワーク参加者が同意を必要とする代わりに、一部の参加者のみで合意形成が可能という特徴があります。

このアプローチにより、Avalancheは以下のような特徴を有します:

  1. 高いスループットと短い確定時間: Avalancheは、高いトランザクションスループット(一定時間内に処理できるトランザクションの数)と短い確定時間(トランザクションが確定するまでの時間)を実現しています。これにより、大量のトランザクションを迅速に処理することが可能です。
  2. スケーラビリティ: Avalancheは、ネットワークの規模が大きくなっても性能を維持することができます。これは、合意形成のプロセスが分散型であるため、ネットワークに参加するノードの数が増えても、合意形成のプロセスの効率が低下することが少ないからです。
  3. 安全性: Avalancheは、ネットワークの一部だけで合意形成を行いますが、その過程で繰り返し確認を行うことで、不正なトランザクションや二重支払いを防ぎ、ネットワークの安全性を保っています。

また、AvalancheはProof of Stake(PoS)を採用しているため、ネットワークの保安を維持するためには、参加者はAVAX(Avalancheのネイティブトークン)をステーキング(賭ける)必要があります。ステーキングしたトークンの量に応じて、参加者はネットワークの決定に影響を与え、報酬を得ることができます。

Avalanche

コスモス:Cosmosシステム

Cosmosは、Tendermint BFT(Byzantine Fault Tolerance)と呼ばれる合意形成メカニズムを採用しています。これは、Proof of Stake(PoS、プルーフ・オブ・ステーク)とByzantine Fault Toleranceの原理を組み合わせたものです。

Tendermint BFTは、バリデーターとデリゲーターという2種類の役割を持つステーキング者が協力する仕組みで、高速で安全なトランザクション処理を実現します。Tendermint BFTは、分散型アプリケーション(DApps)の開発に適したメカニズムです。

Tendermint BFTは次のような特性を持ちます:

  1. バリデーターセットの選出: Tendermintでは、ネットワークのATOM(Cosmosのネイティブトークン)保有者がバリデーター(ブロックの生成者)を選出します。バリデーターは、保有ATOMの量に応じて選ばれ、最も多くATOMをステーキング(賭ける)しているバリデーターがブロックを生成する権利を得ます。
  2. Byzantine Fault Tolerance: Tendermint BFTは、バリデーターセット内の不正行為者(例えば、二重署名や不適切なブロックの生成)を許容する能力を持ちます。特に、バリデーターセットの3分の1以下が不正行為を働いている場合、ネットワークは正常に機能し続けます。これにより、ネットワークのセキュリティとレジリエンス(耐障害性)が向上します。
  3. インスタントファイナリティ: Tendermintは、一度ブロックが生成され、バリデーターセットの過半数から承認されると、そのブロックはすぐに確定(ファイナライズ)します。これにより、トランザクションの確定時間が大幅に短縮され、ユーザーエクスペリエンスが向上します。

Cosmosは、これらの特性を活用して、スケーラビリティと相互運用性の問題に取り組んでいます。Cosmosのビジョンは、異なるブロックチェーンが相互に通信し、トークンを移動できる「インターチェーン」という概念を実現することです。

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インターネット・コンピューター:Internet Computerシステム

インターネット・コンピューターシステムは、Threshold Relayと呼ばれる、プルーフ・オブ・ステーク(PoS)に基づく合意形成メカニズムを採用しています。Threshold Relayは、ランダムなビーコンを生成することで、高速で安全なブロック生成を実現します。Threshold Relayは、分散型アプリケーション(DApps)の開発に適したメカニズムです。

Internet Computerは、DFINITYによって開発され、インターネット自体を直接的なコンピュータープラットフォームにすることを目指しています。

Threshold Relayは、ランダムなベーコン(ランダム性の源)を生成し、それを用いてブロックチェーンの次のブロックを生成するバリデーター(ノード)を選択します。このプロセスは、分散型のランダム性を確保しつつ、合意形成プロセスを高速化します。

以下に、Threshold Relayの主な特性を示します:

  1. 高速な合意形成: Threshold Relayは、高速なブロック生成とトランザクションの確定を可能にします。これは、データセンター間で共有される一連のプロトコルと、それによって生成されるランダムなベーコンを用いて、合意形成の遅延を大幅に削減します。
  2. スケーラビリティ: Threshold Relayは、ネットワークの規模が大きくなっても性能を維持することができます。これは、合意形成のプロセスが分散型であり、並行して動作することが可能なためです。
  3. セキュリティ: Threshold Relayは、不正行為を防ぐために独自のセキュリティメカニズムを採用しています。これには、ランダムなベーコンとバリデーターの選択、バリデーターの行動の検証などが含まれます。

Internet Computerは、これらの特性を活用して、分散型アプリケーション(dApps)をインターネット上で直接稼働させることを可能にし、従来の中心化されたインターネットインフラストラクチャーに依存することなく、ユーザーと開発者が直接相互作用できる環境を提供しています。

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ヒデラ:Hederaシステム

Hederaシステムは、Hashgraphと呼ばれる、非同期ビザンチン合意形成アルゴリズム(ABFT)を採用しています。Hashgraphは、ゴシッププロトコルと仮想投票を組み合わせることで、セキュアで高速でスケーラブルな分散型台帳技術(DLT)を実現します。Hashgraphは、公平性、安全性、効率性に優れたメカニズムです。

以下に、Hashgraphの主な特性を示します:

  1. ゴシッププロトコル: Hashgraphは、ネットワーク内の全てのノードが情報を効率的に共有するための「ゴシッププロトコル」を利用します。各ノードはランダムに他のノードを選び、自身が知っている情報を共有します。その結果、情報は非常に迅速にネットワーク全体に広がります。
  2. Virtual Voting: Hashgraphは、各ノードが全ての他のノードからの情報を受け取った後、仮想的に投票を行う「バーチャル・ヴォーティング」メカニズムを利用します。しかし、実際には投票情報を送信することなく、各ノードは自身が受け取った情報に基づいて他のノードがどう投票するかを推測します。これにより、大量の通信オーバーヘッドを削減しつつ、合意形成を達成します。
  3. 非同期バイザンチンフォールトトレランス(ABFT): Hashgraphは、最も厳しい形のByzantine Fault Toleranceである非同期バイザンチンフォールトトレランス(ABFT)を実現します。これにより、Hashgraphはネットワークの一部が不正行為を行った場合や、通信遅延が発生した場合でも正確に動作します。

Hedera Hashgraphはこれらの特性を活用して、非常に高速なトランザクション処理速度と低いフィー、高いセキュリティを実現しています。また、Hederaは「Hedera Governing Council」という企業のグループによってガバナンスが行われており、これによりネットワークの安定性と公平性が保たれています。

Hedera price today, HBAR to USD live, marketcap and chart | CoinMarketCap

アルゴランド:Algorandシステム

Algorandシステムは、ピュア・プルーフ・オブ・ステーク(PPoS)と呼ばれる、ランダムな暗号化くじ引きに基づく合意形成メカニズムを採用しています。PPoSは、高速でスケーラブルなブロックチェーン技術を実現します。PPoSは、公平性、安全性、効率性に優れたメカニズムです。

以下に、Pure Proof of Stake(PPoS)の主な特性を示します:

  1. 公平なブロック生成: AlgorandのPPoSでは、アルゴトークン(Algo)の所有者全員がブロック生成の機会を公平に持つことが可能です。これは、ブロック生成者がアルゴトークンの保有量に基づいてランダムに選ばれるためです。これにより、ネットワーク全体が中心化を防ぎ、全てのユーザーがブロック生成に参加できる環境を提供します。
  2. インスタントファイナリティ: Algorandでは、一度ブロックがネットワークに公開されると、そのブロックはすぐに確定(ファイナライズ)します。これにより、トランザクションの確定時間が大幅に短縮され、ユーザーエクスペリエンスが向上します。
  3. セキュリティとスケーラビリティ: AlgorandのPPoSは、スケーラビリティとセキュリティの間のトレードオフを解消します。伝統的なProof of Stake(PoS)システムでは、ネットワークの規模が大きくなるとセキュリティが低下する傾向がありますが、Algorandではこの問題を克服しています。

これらの特性により、Algorandは高速でセキュアなブロックチェーン環境を提供し、大規模な分散アプリケーションの開発とデプロイメントを可能にしています。

Algorand price today, ALGO to USD live, marketcap and chart | CoinMarketCap

まとめ

いかがでしたか?合意形成(コンセンサス)メカニズムには様々なバリエーションがあり、それぞれのブロックチェーンが独自の特徴と機能を備えており、web3の基盤となるブロックチェーンの多様性を育んでいることがわかります。これらのブロックチェーンは、相互運用性によってメッシュのように繋がり、分散型経済および社会の基盤となることが期待され、それは既に始まっていると言えます。

今回はレイヤー1ベースのパブリック・ブロックチェーンを取り上げましたが、サイドチェーンやレイヤー2を含めた様々なブロックチェーンが存在していることを忘れてはいけません。現在のブロックチェーン技術は、web上で非常に大きな多様性を提供しています。

次回は、いよいよカルダノの卓越した独自の合意形成(コンセンサス)メカニズムであるプルーフ・オブ・ステークの特徴について迫りたいと思います。どうぞお楽しみに!

関連記事:シリーズ連載:進化するカルダノ・ベーシック

もしこの記事が気に入っていただけましたら、SIPO、SIPO2、SIPO3への委任をどうぞよろしくお願いいたします10ADA以上の少量からでもステーキングが可能です。ステーキングについて知りたい方は、下記の記事をご参考ください。

ステーキング(委任)とは?
カルダノ分散型台帳システムによるステーキングの魅力とその方法:2021版
Q&A:カルダノ、ステーキングに関する基本的な説明集
ダイダロスマニュアル
ヨロイウォレット Chromeブラウザ機能拡張版マニュアル

ニュース動向 in エポック410

カルダノ週間開発レポート:2023年5月5日

カルダノ・ネットワークの現時点での統計

開始されたプロジェクト:126
開発中のプロジェクト:1240
ネィティブトークン:8.21m
トークンポリシー:72,348
Plutusクリプト:7,872
*うちPlutus V2クリプト:2,440
トランザクション:65.8m

開発ハイライト

Ouroboros-networktiGHCv.9.4, V.9.6に対応
Laceデスクトップユーザーエクスペリエンスへの取り組みが進行中
Marlowe Isabelleの仕様更新
Hydra、4月の開発レポート公開 MBO (Member-Based Organization) D 最新情報公開

追加情報:躍進するカルダノDeFiとエコシステム最新状況「2023年4月終了時点」

2023年も5月に入り、ゴールデンウィークはいかがお過ごしでしょうか?カルダノのDeFiおよびエコシステムは、2023年に入って右肩上がりで拡張と成長を続けており、その成長曲線は新たな段階に入っています。

今回は、2023年4月の世界の金融市場と暗号市場のDeFiマーケットトレンド、カルダノにおけるDeFiおよびエコシステムの最新状況についてお伝えします。

なお、3月末までの第一四半期におけるカルダノDeFiマーケット・トレンドの動きは、下記の記事をご参考ください

Foreon Network:カルダノ上の分散型予測市場を革新する

予測市場業界は近年着実に成長しており、さまざまなプラットフォームが登場し、ユーザーが異なるイベントの結果に対する株式を購入できるようになっています。

Foreon Networkは、分散型オラクルとスマートコントラクトを利用して、正確な予測、公正な解決、およびユーザーのコントロールを促進する、Cardanoブロックチェーン上の分散型予測市場を作成することを目的としています。透明性とセキュリティに焦点を当て、Foreon Networkは、従来の予測市場業界を破壊し、個人や組織が情報に基づいた決定を下し、イベントを予測する方法を革新する可能性があります。

Cardanoは、レイヤー1ブロックチェーンエコシステムのスケーリングソリューションであるHydraの最初の実用的なメインネットバージョンをリリース

Cardanoは、レイヤー1ブロックチェーンエコシステムのスケーリングソリューションであるHydraの最初の実用的なメインネットバージョンをリリースしました。

Voltaireへの参加:SPO向けのオンチェーン投票
アフリカとアジアの数十億人に経済的・社会的機会をもたらすことを目的とした投資会社であるAdaverseは、数十億人を支援するという使命の次の焦点地域としてアフリカとアジアを目指す

アフリカとアジアの数十億人に経済的・社会的機会をもたらすことを目的とした投資会社であるAdaverseは、カルダノと提携し経済的および社会的機会にアクセスできるように数十億人を支援するという使命の次の焦点地域としてアフリカとアジアを目指しています。

カルダノは、金融、農業、医療、教育、およびガバナンスなどの産業を革新するために、先進技術を活用しています。アフリカに特に注力する理由は、同大陸に世界でもっとも銀行口座を持っていない人々が多くいるという理由からです。一方、アジアでは、ベトナム、インドネシア、フィリピンなどの国々を対象としています。

修正追加:カルダノのクジラが大量のADAを買い占め、巨大なアップデートによりエコシステムがL2スケーリングソリューションのリーディングになる道を開拓する

カルダノ:Cardano(ADA)の大口取引者は、Hydraのアップグレードに続いてこの資産を購入しており、これによりネットワークがよりスケーラブルで適応性のあるものになることが期待されています。

カルダノ(ADA)はあなたが思っている以上に強気であることがデータからわかる

オンチェーンデータによると、カルダノ(ADA)の価値が2%下落したにもかかわらず、注文の大部分が売りではなく買いであることが明らかになっており、近日中の反転を示唆する可能性を示しています。プロジェクトの開発および採用の進捗状況、および持続可能性とエネルギー効率に重点を置いたことが、投資家を引き付けているようです。カルダノの強力なファンダメンタルズと強気のオンチェーンデータは、潜在的な価格反転のカタリストとして機能する可能性があります。

Cardano Node 8.0.0がメジャーリリース

Conway台帳時代(プロトコルバージョン9.0)の初期的、実験的、サポートを追加

CLIコマンドの追加、バグ修正、ネットワーク設定オプションが含む

SPOは、このバージョンをすべてのノードに導入することが推奨

チャールズ・ホスキンソン氏動画「Brief Comments on the Private Jet」要約・翻訳:プライベートジェットの経済と自身の使用について

Input Output GlobalのCEOでありカルダノの創設者であるチャールズ・ホスキンソン(Charles Hoskinson)氏は自身の動画「Brief Comments on the Private Jet」を公開し、プライベートジェットの経済と自身の使用について議論しています。

Minswap DEX1日の取引量の最高値を更新
チャールズ・ホスキンソン氏動画『Node 8.0.0 SPOs Unite!』要約・翻訳:Conway Ledger時代の始まりを示し、 CIP-1694のテスト基盤となるCardanoノード8.0.0のリリース発表

チャールズ・ホスキンソン氏は自身の動画『Node 8.0.0 SPOs Unite!』を公開し、Conway Ledger時代の初期実験的サポート、追加のCLIコマンド、バグ修正、ネットワーク構成オプションを含むCardanoノード8.0.0のリリースを発表しました。

ステーキング状況 in エポック410

エポック411開始時点ステーキング動向
SIPO、SIPO2、SIPO3エポック410ステーキング報告
SIPOエポック410ステーキング報告
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